TWI550910B - Semiconductor light emitting device - Google Patents

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TWI550910B
TWI550910B TW103124605A TW103124605A TWI550910B TW I550910 B TWI550910 B TW I550910B TW 103124605 A TW103124605 A TW 103124605A TW 103124605 A TW103124605 A TW 103124605A TW I550910 B TWI550910 B TW I550910B
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semiconductor
semiconductor layer
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Kazuo Fujimura
Hironori Yamasaki
Tadashi Ono
Shinsaku Kubo
Shinji Nunotani
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Toshiba Kk
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Description

半導體發光裝置 [相關申請案]
本申請案享受以日本專利申請2014-65821號(申請日：2014年3月27日)為基礎申請案之優先權。本申請案係藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。
本發明之實施形態係關於一種半導體發光裝置。
提出有一種晶片尺寸封裝構造之半導體發光裝置，其於包含發光層之半導體層之一面側設有螢光體層，於另一面側設有電極、佈線層及樹脂層。又，亦提出藉由將半導體層中之上述一面(光提取面)粗面化而提高光提取效率，但為了進一步提高效率，要求對粗面化之適切之控制。
本發明之實施形態提供一種可提高向設有電極側之相反側之光提取效率之半導體發光裝置。
根據實施形態，半導體發光裝置包括：半導體層、第1電極、第2電極、第1絕緣膜、第1佈線部、第2佈線部、第2絕緣膜、及光學層。上述半導體層具有第1側、及與上述第1側為相反側之第2側，且包含發光層。上述第1電極於上述第2側設於上述半導體層。上述第2電極於上述第2側設於上述半導體層。上述第1絕緣膜設於上述第2側。上述第1佈線部設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第1電極。 上述第2佈線部設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第2電極。上述第2絕緣膜設於上述第1佈線部與上述第2佈線部之間、及相鄰於上述半導體層之側面之晶片外周部。上述光學層設於上述第1側、及上述晶片外周部之上述第2絕緣膜上，且對上述發光層之放射光具有透過性。於上述第1側設有複數個凸部與複數個凹部，上述凸部之頂部較上述晶片外周部之上述光學層之上述第2絕緣膜側之端更位於上述第2側。
1‧‧‧半導體發光裝置
10‧‧‧基板
11‧‧‧第1半導體層
12‧‧‧第2半導體層
13‧‧‧發光層
15‧‧‧半導體層
15a‧‧‧第1側
15b‧‧‧第2側
15c‧‧‧側面
15e‧‧‧包含發光層之部分
15f‧‧‧不含發光層之部分
16‧‧‧p側電極
17‧‧‧n側電極
17c‧‧‧接觸部
18‧‧‧絕緣膜
18a‧‧‧第1開口
18b‧‧‧第2開口
19‧‧‧絕緣膜
21‧‧‧p側佈線層
21a‧‧‧通孔
22‧‧‧n側佈線層
22a‧‧‧通孔
23‧‧‧p側金屬柱
23a‧‧‧p側外部端子
24‧‧‧n側金屬柱
24a‧‧‧n側外部端子
25‧‧‧樹脂層
30‧‧‧螢光體層
31‧‧‧螢光體
32‧‧‧結合材
41‧‧‧p側佈線部
43‧‧‧n側佈線部
51‧‧‧反射膜
60‧‧‧金屬膜
61‧‧‧基底金屬膜
62‧‧‧密接層
63‧‧‧籽晶層
71‧‧‧凸部
71a‧‧‧第1凸部
71b‧‧‧第2凸部
72‧‧‧凹部
90‧‧‧槽
91‧‧‧抗蝕劑掩膜
92‧‧‧抗蝕劑掩膜
100‧‧‧支持體
200‧‧‧半導體發光裝置
圖1係實施形態之半導體發光裝置之模式剖面圖。
圖2(a)及(b)係實施形態之半導體發光裝置之模式俯視圖。
圖3(a)係實施形態之半導體發光裝置之一部分之放大模式剖面圖，(b)係參照例之半導體發光裝置之一部分之放大模式剖面圖。
圖4(a)係實施形態之半導體發光裝置之配光特性圖，(b)係參照例之半導體發光裝置之配光特性圖。
圖5係實施形態之半導體發光裝置中之第1側之雷射顯微鏡圖像。
圖6係實施形態之半導體發光裝置中之第1側之剖面之電子顯微鏡圖像。
圖7(a)及(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖面圖。
圖8(a)及(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖面圖。
圖9(a)及(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖面圖。
圖10(a)及(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖面圖。
圖11(a)及(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖面圖。
圖12(a)及(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖面圖。
圖13(a)及(b)係表示實施形態之半導體發光裝置之製造方法之模式剖面圖。
圖14係實施形態之半導體發光裝置之模式剖面圖。
以下，參照圖式，對實施形態進行說明。再者，各圖式中，對相同要素標註相同符號。
圖1係實施形態之半導體發光裝置之模式剖面圖。
圖2(a)係表示實施形態之半導體發光裝置中之p側電極16與n側電極17之俯視佈局之一例的模式俯視圖。圖1對應於圖2(a)中之A-A'剖面。圖2(a)對應於除去圖1中之佈線部41、43、樹脂層25、絕緣膜18、及反射膜51觀察半導體層15之第2側之圖。又，圖2(a)對應於圖8(b)之積層體(除去基板10)之俯視圖。
圖2(b)係實施形態之半導體發光裝置之安裝面(圖1之半導體發光裝置之下表面)之模式俯視圖。
實施形態之半導體發光裝置包括具有發光層13之半導體層15。半導體層15具有第1側15a、及其相反側之第2側15b(參照圖7(a))。
如圖8(a)所示，半導體層15之第2側15b具有包含發光層13之部分(發光區域)15e、及不含發光層13之部分(非發光區域)15f。包含發光層13之部分15e係半導體層15中之積層有發光層13之部分。不含發光層13之部分15f係半導體層15中之未積層發光層13之部分。包含發光層13之部分15e表示成為可將發光層13之發光提取光提取至外部之積層構造的區域。
於第2側，在包含發光層13之部分15e上設有p側電極16作為第1電極，於不含發光層之部分15f上設有n側電極17作為第2電極。
於圖2(a)所示之例中，不含發光層13之部分15f包圍包含發光層13之部分15e，n側電極17包圍p側電極16。
通過p側電極16與n側電極17而將電流供給至發光層13，發光層13發光。然後，自發光層13放射之光自第1側15a向半導體發光裝置之外部出射。
如圖1所示，於半導體層15之第2側設有支持體100。包含半導體層15、p側電極16及n側電極17之發光元件係藉由設於第2側之支持體100而支持。
於半導體層15之第1側15a設有螢光體層30作為對半導體發光裝置之放射光賦予所需之光學特性之光學層。螢光體層30包含複數個粒子狀之螢光體31。螢光體31係藉由發光層13之放射光而激發，放射與該放射光不同波長之光。
複數個螢光體31係藉由結合材32而一體化。結合材32使發光層13之放射光及螢光體31之放射光透過。此處所謂「透過」，不僅限於透過率為100%，亦包括吸收光之一部分之情形。
半導體層15具有第1半導體層11、第2半導體層12、及發光層13。發光層13係設於第1半導體層11與第2半導體層12之間。第1半導體層11及第2半導體層12例如包含氮化鎵。
第1半導體層11例如包含基底緩衝層、及n型GaN層。第2半導體層12例如包含p型GaN層。發光層13包含發出藍、紫、藍紫、紫外光等之材料。發光層13之發光波峰波長例如為430~470nm。
半導體層15之第2側係加工成凹凸形狀。其凸部係包含發光層13之部分15e，凹部係不含發光層13之部分15f。包含發光層13之部分15e之表面係第2半導體層12之表面，於第2半導體層12之表面設有p側 電極16。不含發光層13之部分15f之表面係第1半導體層11之表面，於第1半導體層11之表面設有n側電極17。
於半導體層15之第2面，包含發光層13之部分15e之面積大於不含發光層13之部分15f之面積。又，設於包含發光層13之部分15e之表面之p側電極16之面積大於設於不含發光層13之部分15f之表面之n側電極17之面積。藉此，可獲得較大之發光面，可提高光輸出。
如圖2(a)所示，n側電極17例如具有4條直線部，於其中1條直線部設有於該直線部之寬度方向突出之接觸部17c。如圖1所示，n側佈線層22之通孔22a連接於該接觸部17c之表面。
如圖1所示，半導體層15之第2側、p側電極16及n側電極17由絕緣膜(第1絕緣膜)18覆蓋。絕緣膜18例如為氧化矽膜等無機絕緣膜。絕緣膜18亦設於發光層13之側面及第2半導體層12之側面，並覆蓋該等側面。
又，絕緣膜18亦設於半導體層15之自第1側15a連續之側面(第1半導體層11之側面)15c，並覆蓋該側面15c。
進而，絕緣膜18亦設於半導體層15之側面15c之周圍之晶片外周部。設於晶片外周部之絕緣膜18於第1側15a向遠離側面15c之方向延伸。
作為第1佈線層之p側佈線層21與作為第2佈線層之n側佈線層22係相互分離地設於第2側之絕緣膜18上。如圖9(b)所示，於絕緣膜18形成有通至p側電極16之複數個第1開口18a、及通至n側電極17之接觸部17c之第2開口18b。再者，第1開口18a亦可為一個更大之開口。
p側佈線層21設於絕緣膜18上及第1開口18a之內部。p側佈線層21經由設於第1開口18a內之通孔21a而與p側電極16電性連接。
n側佈線層22設於絕緣膜18上及第2開口18b之內部。n側佈線層22經由設於第2開口18b內之通孔22a而與n側電極17之接觸部17c電性 連接。
p側佈線層21及n側佈線層22占第2側之區域之大部分而於絕緣膜18上擴散。p側佈線層21經由複數個通孔21a而與p側電極16連接。
又，反射膜51隔著絕緣膜18而覆蓋半導體層15之側面15c。反射膜51不接觸於側面15c，未與半導體層15電性連接。反射膜51與p側佈線層21及n側佈線層22分離。反射膜51對發光層13之放射光及螢光體31之放射光具有反射性。
反射膜51、p側佈線層21及n側佈線層22包含於圖10(a)所示之共用之金屬膜60上例如藉由鍍敷法同時地形成之銅膜。
構成反射膜51、p側佈線層21及n側佈線層22之例如銅膜係藉由鍍敷法形成於在絕緣膜18上形成之金屬膜60上。反射膜51、p側佈線層21及n側佈線層22各自之厚度厚於金屬膜60之厚度。
金屬膜60包含自絕緣膜18側依序積層之基底金屬膜61、密接層62、及籽晶層63。
基底金屬膜61係對發光層13之放射光具有較高之反射性之例如鋁膜。
籽晶層63係用以藉由鍍敷使銅析出之銅膜。密接層62係對鋁及銅兩者之濕潤性優異之例如鈦膜。
再者，於相鄰於半導體層15之側面15c之晶片外周部，亦可不於金屬膜60上形成鍍膜(銅膜)，而是以金屬膜60形成反射膜51。反射膜51藉由至少包含鋁膜61，而對發光層13之放射光及螢光體31之放射光具有較高之反射率。
又，由於在p側佈線層21及n側佈線層22下亦殘留基底金屬膜(鋁膜)61，故而鋁膜61於第2側之大部分之區域擴散形成。藉此，可增大朝向螢光體層30側之光量。
於p側佈線層21之與半導體層15為相反側之面設有p側金屬柱23 作為第1金屬柱。p側佈線層21及p側金屬柱23形成p側佈線部(第1佈線部)41。
於n側佈線層22之與半導體層15為相反側之面設有n側金屬柱24作為第2金屬柱。n側佈線層22及n側金屬柱24形成n側佈線部(第2佈線部)43。
於p側佈線部41與n側佈線部43之間設有樹脂層25作為第2絕緣膜。樹脂層25係以與p側金屬柱23之側面及n側金屬柱24之側面接觸之方式設於p側金屬柱23與n側金屬柱24之間。即，樹脂層25填充於p側金屬柱23與n側金屬柱24之間。
又，樹脂層25設於p側佈線層21與n側佈線層22之間、p側佈線層21與反射膜51之間、及n側佈線層22與反射膜51之間。
樹脂層25設於p側金屬柱23之周圍及n側金屬柱24之周圍，覆蓋p側金屬柱23之側面及n側金屬柱24之側面。
又，樹脂層25亦設於相鄰於半導體層15之側面15c之晶片外周部，並覆蓋反射膜51。
p側金屬柱23之與p側佈線層21為相反側之端部(面)自樹脂層25露出，發揮作為可與安裝基板等之外部電路連接之p側外部端子23a之功能。n側金屬柱24之與n側佈線層22為相反側之端部(面)自樹脂層25露出，作為可與安裝基板等之外部電路連接之n側外部端子24a發揮功能。p側外部端子23a及n側外部端子24a例如係經由焊料或導電性之接合材而接合於安裝基板之焊墊圖案。
如圖2(b)所示，p側外部端子23a及n側外部端子24a係於樹脂層25之同一面內隔開排列而形成。p側外部端子23a例如形成為矩形狀，n側外部端子24a形成為切去與p側外部端子23a之矩形相同尺寸之矩形中之2個角的形狀。藉此，可辨別外部端子之極性。當然，亦可將n側外部端子24a設為矩形狀，將p側外部端子23a設為切去矩形之角之形 狀。
p側外部端子23a與n側外部端子24a之間隔大於絕緣膜18上之p側佈線層21與n側佈線層22之間隔。將p側外部端子23a與n側外部端子24a之間隔設為大於安裝時之焊料之擴散。藉此，可防止p側外部端子23a與n側外部端子24a之間通過焊料而短路。
相對於此，p側佈線層21與n側佈線層22之間隔可窄至製程上之極限。因此，可擴大p側佈線層21之面積、及p側佈線層21與p側金屬柱23之接觸面積。藉此，可促進發光層13之散熱。
又，p側佈線層21通過複數個通孔21a與p側電極16接觸之面積大於n側佈線層22通過通孔22a而與n側電極17接觸之面積。藉此，可使於發光層13流通之電流之分佈均一化。
絕緣膜18上擴散之n側佈線層22之面積可大於n側電極17之面積。並且，設於n側佈線層22上之n側金屬柱24之面積(n側外部端子24a之面積)可大於n側電極17。藉此，可確保足夠進行可靠性較高之安裝之n側外部端子24a之面積，並縮小n側電極17之面積。即，可縮小半導體層15之不含發光層13之部分(非發光區域)15f之面積，擴大包含發光層13之部分(發光區域)15e之面積而提高光輸出。
第1半導體層11經由n側電極17及n側佈線層22而與n側金屬柱24電性連接。第2半導體層12經由p側電極16及p側佈線層21而與p側金屬柱23電性連接。
p側金屬柱23之厚度(連結p側佈線層21與p側外部端子23a之方向之厚度)厚於p側佈線層21之厚度。n側金屬柱24之厚度(連結n側佈線層22與n側外部端子24a之方向之厚度)厚於n側佈線層22之厚度。p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25各自之厚度厚於半導體層15。
金屬柱23、24之縱橫比(厚度相對於平面尺寸之比)可為1以上，亦可小於1。即，金屬柱23、24可厚於其平面尺寸，亦可薄於其平面 尺寸。
包含p側佈線層21、n側佈線層22、p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25之支持體100之厚度厚於包含半導體層15、p側電極16及n側電極17之發光元件(LED(Light Emitting Diode，發光二極體)晶片)之厚度。
如下所述，半導體層15係藉由磊晶成長法而形成於基板上。該基板於形成支持體100後被除去，半導體層15於第1側15a不含基板。半導體層15並非由剛直之板狀之基板支持，而是由包含金屬柱23、24與樹脂層25之複合體之支持體100支持。
例如可使用銅、金、鎳、銀等作為p側佈線部41及n側佈線部43之材料。該等之中，若使用銅，則可提昇良好之熱傳導性、較高之遷移耐性及對於絕緣材料之密接性。
樹脂層25補強p側金屬柱23及n側金屬柱24。樹脂層25較理想為使用熱膨脹率與安裝基板相同或相近者。作為此種樹脂層25，例如可列舉主要含有環氧樹脂之樹脂、主要含有聚矽氧樹脂之樹脂、主要含有氟樹脂之樹脂。
又，樹脂層25之成為基底之樹脂中含有遮光材(光吸收劑、光反射劑、光散射劑等)，樹脂層25對發光層13之發光提取具有遮光性。藉此，可抑制自支持體100之側面及自安裝面側之漏光。
因半導體發光裝置之安裝時之熱循環，使p側外部端子23a及n側外部端子24a接合於安裝基板之焊墊之焊料等引起的應力會作用於半導體層15。p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25吸收並緩和此應力。尤其，藉由使用較半導體層15柔軟之樹脂層25作為支持體100之一部分，可提高應力緩和效果。
反射膜51與p側佈線部41及n側佈線部43分離。因此，安裝時施加於p側金屬柱23及n側金屬柱24之應力不會傳遞至反射膜51。因此， 可抑制反射膜51之剝離。又，可抑制對半導體層15之側面15c側施加之應力。
如下所述，自半導體層15除去用於形成半導體層15之基板。藉此，半導體發光裝置低背化。又，藉由除去基板，可於半導體層15之第1側15a形成微小凹凸，從而提高光提取效率。
例如，可對第1側15a進行使用鹼系溶液之濕式蝕刻而形成微小凹凸。藉此，可減少第1側15a上之全反射成分而提高光提取效率。
除去基板後，於第1側15a上介隔絕緣膜19而形成螢光體層30。絕緣膜19作為提高半導體層15與螢光體層30之密接性之密接層發揮功能，例如為氧化矽膜、氮化矽膜。
螢光體層30具有在結合材32中分散有複數個粒子狀之螢光體31之構造。結合材32例如可使用聚矽氧樹脂。
螢光體層30亦形成於半導體層15之側面15c之周圍之晶片外周部上。因此，螢光體層30之平面尺寸大於半導體層15之平面尺寸。於晶片外周部，螢光體層30設於絕緣膜(例如氧化矽膜)18上。
螢光體層30被限定於半導體層15之第1側15a、及相鄰於半導體層15之側面15c之區域上，並非於半導體層15之第2側、金屬柱23、24之周圍、及支持體100之側面圍繞形成。螢光體層30之側面與支持體100之側面(樹脂層25之側面)平齊。
即，實施形態之半導體發光裝置為晶片尺寸封裝構造之非常小型之半導體發光裝置。因此，於應用於例如照明用燈具等時，燈具設計之自由度提高。
又，於不使光向外部掠出之安裝面側並未無端地形成螢光體層30，從而可降低成本。又，即便於第1側15a無基板，亦可經由於第2側擴散之p側佈線層21及n側佈線層22而使發光層13之熱散發至安裝基板側，雖為小型但放熱性亦優異。
於通常之覆晶安裝中，將LED晶片經由凸塊等安裝於安裝基板後，以覆蓋晶片整體之方式形成螢光體層。或者，將樹脂底部填充於凸塊間。
相對於此，根據實施形態，於安裝前之狀態下，p側金屬柱23之周圍及n側金屬柱24之周圍設有與螢光體層30不同之樹脂層25，可對安裝面側賦予適於緩和應力之特性。又，由於在安裝面側已設有樹脂層25，故而無需安裝後之底部填充。
於第1側15a設有以光提取效率、色彩轉換效率、配光特性等優先之設計之層，於安裝面側設有以安裝時之應力緩和、或作為代替基板之支持體之特性優先之層。例如，樹脂層25具有於成為基底之樹脂中高密度填充有二氧化矽粒子等填料之構造而調整為適於作為支持體之硬度。
自發光層13放射至第1側15a之光入射至螢光體層30，一部分之光激發螢光體31，作為發光層13之光與螢光體31之光之混合光獲得例如白色光。
此處，若於第1側15a上有基板，則產生未入射至螢光體層30而自基板之側面漏至外部之光。即，發光層13之光之色調較強之光自基板之側面漏出，成為俯視觀察螢光體層30時，在外緣側可見藍色光之環之現象等色亂或色斑之原因。
相對於此，根據實施形態，由於在第1側15a與螢光體層30之間無基板，故而可防止因自基板側面有發光層13之光之色調強之光漏出所致之色亂或色斑。
進而，根據實施形態，於半導體層15之側面15c隔著絕緣膜18而設有反射膜51。自發光層13朝向半導體層15之側面15c之光由反射膜51反射而不會漏至外部。因此，結合第1側15a無基板之特徵，可防止因自半導體發光裝置之側面側之漏光所致之色亂或色斑。
設有反射膜51之半導體層15之側面15c相對於第1側15a(之平坦部)傾斜。又，側面15c相對於第2側15b傾斜。因此，設於側面之反射面相對於第1側15a及第2側15b傾斜。側面15c之延長線相對於螢光體層30與絕緣膜18之界面形成鈍角而傾斜。
設於反射膜51與半導體層15之側面15c之間之絕緣膜18防止反射膜51所含之金屬向半導體層15擴散。藉此，可防止例如GaN對半導體層15之金屬污染，可防止半導體層15之劣化。
又，設於反射膜51與螢光體層30之間、及樹脂層25與螢光體層30之間之絕緣膜18提高反射膜51與螢光體層30之密接性、及樹脂層25與螢光體層30之密接性。
絕緣膜18例如為氧化矽膜、氮化矽膜等無機絕緣膜。即，半導體層15之第1側15a、第2側、第1半導體層11之側面15c、第2半導體層12之側面、發光層13之側面由無機絕緣膜所覆蓋。無機絕緣膜包圍半導體層15，阻擋金屬或水分等侵入半導體層15。
圖3(a)表示實施形態之半導體發光裝置之第1側15a附近之模式剖面圖。再者，於圖3(a)中，省略圖1所示之第1側15a與螢光體層30之間之絕緣膜(密接膜)19之圖示。
根據實施形態，半導體層15之作為電極形成面之相反側的第1側15a係將光提取至外部之面，該第1側15a為了提高光提取效率而經粗面化。即，於第1側15a形成有包含複數個凸部71與複數個凹部72之凹凸。
此處，圖3(b)表示參照例之半導體發光裝置中之第1側15a附近之模式剖面圖。
於圖3(b)所示之參照例中，經粗面化之第1側15a之凸部71之頂部比晶片外周部之絕緣膜18與螢光體層30之界面更向螢光體層30之上表面側突出。於該構造中，如圖3(b)中利用箭頭模式性所示，容易產生 朝向晶片端部(螢光體層30之側面)之光成分，朝向上方(螢光體層30之上表面)之光成分減少，自上方(螢光體層30上表面)之光之掠出量降低。
相對於此，根據實施形態，如圖3(a)所示，凸部71之頂部較晶片外周部之螢光體層30之樹脂層25側之端(圖1、3(a)中之下端)更位於半導體層15之第2側。形成於經粗面化之第1側15a之所有凸部71之頂部均較螢光體層30與絕緣膜18之界面更位於半導體層15之第2側。凸部71之頂部相對於晶片外周部之螢光體層30與絕緣膜18之界面更接近第2側1μm以上。粗面之凸部71未較晶片外周部之螢光體層30與絕緣膜18之界面更向螢光體層30之上表面側突出。
因此，根據實施形態，如圖3(a)中利用箭頭模式性所示，可利用晶片側面之反射膜51使朝向晶片端部之光反射而使朝向上方(螢光體層30之上表面側)之光成分與參照例相比增大。藉此，自螢光體層30之上表面向外部放射之光之亮度提高。
又，根據實施形態，由於如上所述，設有反射膜51之半導體層15之側面15c傾斜，故而與側面15c相對於第1側15a及第2側垂直之情形相比，容易將朝向晶片端部之光向上方反射。
圖4(a)表示實施形態之半導體發光裝置1之配光特性，圖4(b)表示參照例之半導體發光裝置200之配光特性。
根據圖4(a)所示之實施形態，可與圖4(b)所示之參照例相比提高光之指向性。即，根據實施形態，可抑制自第1側15a向橫向或斜向放射之光之損耗，並以高亮度實現指向性較高之光提取。
再者，於實施形態之構造中，於未在側面設置反射膜51之構造中，朝向晶片端部之光由樹脂層25吸收。因此，可抑制由未經由螢光體層30之光(例如藍色調較強之光)自晶片端部漏出所導致之色斑。
繼而，參照圖7(a)~圖13(b)，對半導體發光裝置之製造方法進行 說明。
如圖7(a)所示，例如藉由MOCVD(metal organic chemical vapor deposition，金屬有機物化學氣相沈積)法於基板10之主面側依序使第1半導體層11、發光層13及第2半導體層12磊晶成長。
於半導體層15中，基板10側為第1側15a，基板10之相反側為第2側15b。
基板10例如為矽基板。或基板10亦可為藍寶石基板。半導體層15例如為包含氮化鎵(GaN)之氮化物半導體層。
第1半導體層11例如具有設於基板10之主面側之緩衝層、及設於緩衝層上之n型GaN層。第2半導體層12例如具有設於發光層13上之p型AlGaN層、及設於其上之p型GaN層。發光層13例如具有MQW(Multiple Quantum well，多層量子井)構造。
圖7(b)表示選擇性地除去第2半導體層12及發光層13之狀態。例如藉由RIE(Reactive Ion Etching，反應性離子蝕刻)法選擇性地蝕刻第2半導體層12及發光層13而使第1半導體層11露出。
繼而，如圖8(a)所示，選擇性地除去第1半導體層11，形成槽90。於基板10之主面側，藉由槽90而將半導體層15分離成複數個。槽90例如係於晶圓狀之基板10上以例如格子狀圖案形成。
槽90貫通半導體層15而到達基板10。此時，藉由蝕刻時間等蝕刻條件之控制，亦少量蝕刻基板10之主面，使槽90之底面較基板10與半導體層15之界面更向下方後退。再者，槽90亦可於形成p側電極16及n側電極17後形成。
繼而，如圖8(b)所示，於第2半導體層12之表面形成p側電極16。又，於選擇性地除去第2半導體層12及發光層13之區域之第1半導體層11之表面形成n側電極17。
形成於積層有發光層13之區域之p側電極16包含反射發光層13之 放射光之反射膜。例如，p側電極16包含銀、銀合金、鋁、鋁合金等。又，為了防止反射膜之硫化、氧化，p側電極16包含金屬保護膜(障壁金屬)。
繼而，如圖9(a)所示，以覆蓋設於基板10上之積層體之方式形成絕緣膜18。絕緣膜18覆蓋半導體層15之第2側、p側電極16及n側電極17。又，絕緣膜18覆蓋半導體層15之自第1側15a連續之側面15c。進而，絕緣膜18亦形成於槽90之底面之基板10之表面。
絕緣膜18例如係藉由CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法形成之氧化矽膜或氮化矽膜。如圖9(b)所示，於絕緣膜18例如藉由使用抗蝕劑掩膜之濕式蝕刻而形成第1開口18a與第2開口18b。第1開口18a到達p側電極16，第2開口18b到達n側電極17之接觸部17c。
繼而，如圖9(b)所示，於絕緣膜18之表面、第1開口18a之內壁(側壁及底面)、及第2開口18b之內壁(側壁及底面)形成金屬膜60。如圖10(a)所示，金屬膜60包含鋁膜61、鈦膜62、及銅膜63。金屬膜60係藉由例如濺鍍法形成。
繼而，於金屬膜60上選擇性地形成圖10(b)所示之抗蝕劑掩膜91後，藉由將金屬膜60之銅膜63用作籽晶層之電解鍍銅法而形成p側佈線層21、n側佈線層22及金屬膜51。
p側佈線層21亦形成於第1開口18a內，與p側電極16電性連接。n側佈線層22亦形成於第2開口18b內，與n側電極17之接觸部17c電性連接。
繼而，例如使用溶劑或氧電漿除去抗蝕劑掩膜91後，選擇性地形成圖11(a)所示之抗蝕劑掩膜92。或者亦可不除去抗蝕劑掩膜91而形成抗蝕劑掩膜92。
形成抗蝕劑掩膜92後，藉由將p側佈線層21及n側佈線層22用作籽晶層之電解鍍銅法而形成p側金屬柱23及n側金屬柱24。
p側金屬柱23形成於p側佈線層21上。p側佈線層21與p側金屬柱23係藉由相同之銅材料而一體化。n側金屬柱24形成於n側佈線層22上。n側佈線層22與n側金屬柱24係藉由相同之銅材料而一體化。
抗蝕劑掩膜92例如係使用溶劑或氧電漿而除去。於該時間點，p側佈線層21與n側佈線層22經由金屬膜60而相連。又，p側佈線層21與反射膜51亦經由金屬膜60而相連，n側佈線層22與反射膜51亦經由金屬膜60而相連。
此處，將p側佈線層21與n側佈線層22之間之金屬膜60、p側佈線層21與反射膜51之間之金屬膜60、及n側佈線層22與反射膜51之間之金屬膜60藉由蝕刻而除去。
藉此，經由金屬膜60之p側佈線層21與n側佈線層22之電性連接、p側佈線層21與反射膜51之電性連接、及n側佈線層22與反射膜51之電性連接被截斷(圖11(b))。
繼而，於圖11(b)所示之構造體上形成圖12(a)所示之樹脂層25。樹脂層25覆蓋p側佈線部41及n側佈線部43。又，樹脂層25覆蓋反射膜51。
樹脂層25與p側佈線部41及n側佈線部43一同構成支持體100。於半導體層15被該支持體100支持之狀態下將基板10除去。
例如，作為矽基板之基板10係藉由RIE等乾式蝕刻而被除去。或者，亦可藉由濕式蝕刻將矽基板10除去。或者，於基板10為藍寶石基板之情形時，可藉由雷射剝離法(laser lift-off)而除去。
於基板10上磊晶成長之半導體層15有含有較大之內部應力之情形。又，p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25例如係比GaN系材料之半導體層15柔軟之材料。因此，即便磊晶成長時之內部應力於基板10之剝離時一次性釋放，p側金屬柱23、n側金屬柱24及樹脂層25亦會吸收該應力。因此，可避免除去基板10之過程中半導體層15之破損。
藉由除去基板10而露出半導體層15之第1側15a。對露出之第1側15a進行粗面化處理(磨砂處理)而形成微小凹凸。例如，利用KOH(氫氧化鉀)水溶液或TMAH(氫氧化四甲基銨，tetramethylammonium hydroxide)等對第1側15a進行濕式蝕刻。於該蝕刻中，產生取決於結晶面方位之蝕刻速度之差異。因此，可於第1側15a形成凹凸。藉由於第1側15a形成微小凹凸，可提高發光層13之放射光之掠出效率。
如圖13(a)所示，於第1側15a上介隔絕緣膜19而形成螢光體層30。螢光體層30例如係藉由印刷、灌注、塑模、壓縮成形等方法而形成。絕緣膜19提高半導體層15與螢光體層30之密接性。
又，作為螢光體層30，亦可將螢光體經由結合材燒結而成之燒結螢光體介隔絕緣膜19而接著於半導體層15。
又，螢光體層30亦形成於半導體層15之側面15c之周圍之區域上。於半導體層15之側面15c之周圍之區域亦設有樹脂層25。於該樹脂層25上介隔絕緣膜18而形成螢光體層30。
形成螢光體層30後，研削樹脂層25之表面(圖13(a)中之下表面)，如圖13(b)所示，p側金屬柱23及n側金屬柱24自樹脂層25露出。p側金屬柱23之露出面成為p側外部端子23a，n側金屬柱24之露出面成為n側外部端子24a。
繼而，利用形成有分離出複數個半導體層15之上述槽90的區域切斷圖13(b)所示之構造體。即，切斷螢光體層30、絕緣膜18、及樹脂層25。半導體層15由於不存在於切割區域，故而不受由切割所導致之損傷。
個片化前之上述各步驟係於包含多個半導體層15之晶圓狀態下進行。晶圓係個片化為包含至少一個半導體層15之半導體發光裝置。再者，半導體發光裝置可為包含一個半導體層15之單晶片構造，亦可為包含複數個半導體層15之多晶片構造。
由於個片化前之上述各步驟係於晶圓狀態下批次進行，故而無需對經個片化之各器件進行佈線層之形成、柱之形成、樹脂層封裝、及螢光體層之形成，可大幅降低成本。
由於在晶圓狀態下形成支持體100及螢光體層30後將其等切斷，故而螢光體層30之側面與支持體100之側面(樹脂層25之側面)平齊，該等側面形成經個片化之半導體發光裝置之側面。因此，亦結合無基板10，可提供晶片尺寸封裝構造之小型之半導體發光裝置。
根據實施形態，如圖3(a)所示，第1側15a被粗面化，於第1側15a形成包含複數個凸部71與複數個凹部72之凹凸。並且，根據實施形態，可藉由適當設定及控制蝕刻條件而實現混合存在高度不同之凸部且平坦部較少之粗面。
若平坦部較多，則第1側15a上之反射成分會增加。由第1側15a反射並返回至半導體層15內部之光於半導體層15內部反覆進行反射而衰減，結果向外部之光提取效率降低。因此，要求於第1側15a細密地形成凹凸，但若僅為尺寸統一之均勻之凸部，則視其尺寸不同會於第1側15a較多殘留平坦部。例如，若僅為高度較高且傾斜面較長之凸部，則容易於相鄰凸部間形成間隙，平坦部之面積容易變多。
相對於此，根據實施形態，複數個凸部71具有第1凸部71a、及高度低於第1凸部71a之第2凸部71b。高度相對較低之第2凸部71b填埋高度相對較高之第1凸部71a之間之區域。因此，第1側15a上之凸部之密集度提昇，平坦部之面積相對減少，可提高光提取效率。又，藉由提高凹凸之密集度，第1側15a之表面積增加，光提取量增加。
圖5係實施形態之半導體發光裝置中之第1側15a之雷射顯微鏡圖像。
圖6係實施形態之半導體發光裝置中之第1側15a附近之剖面之電子顯微鏡圖像。
圖5、6表示利用濃度5.0%、溫度60℃之TMAH(氫氧化四甲基銨)水溶液進行了20分鐘處理之GaN表面(剖面)。
於圖5中，看上去相對發黑之部分為平坦部。於圖5中，凹凸之密集度為97.81%。即，平坦部之面積比率為100-97.81=2.19%。
為了實現較高之光提取效率，平坦部之面積比率較理想為20%以下。又，於圖6中，高度相對較高之第1凸部之高度h1較理想為0.8μm以上，進而，第1凸部之高度h1較理想為高度低於第1凸部之第2凸部之高度h2的2倍以上。
此處，所謂凸部之高度，表示剖面觀察下將凸部近似成具有凸部所具有之2條斜邊中長度較長之斜邊之等腰三角形或正三角形時該三角形之高度。
圖14表示另一實施形態之半導體發光裝置中之第1側15a附近之模式剖面圖。
根據圖14之構造，半導體層15之第1側15a整體而言彎曲。具體而言，第1側15a係以第1側15a之較晶片外周部側更靠中心部側之區域向第2側凹陷成凹坑狀之方式彎曲。
於圖14之構造中，亦可藉由於第1側15a形成凹凸而增大表面積，提高光提取效率。然而，於藉由凹凸之形狀(高度或角度等)增加表面積時有極限。
因此，藉由使粗面化之第1側15a彎曲，相比製成平面狀之情形而可增加表面積，其結果，光提取效率提高。
例如，可藉由適當控制樹脂層25之應力而使第1側15a彎曲。樹脂層25之應力可藉由樹脂材料、填料含量、硬化條件等而控制。
又，於圖14所示之實施形態中，形成於經粗面化之第1側15a之所有凸部之頂部亦較螢光體層30與絕緣膜18之界面更位於半導體層15之第2側。因此，可利用晶片側面之反射膜51使朝向晶片端部之光反射 而比參照例增大朝向上方(螢光體層30之上表面側)之光成分。藉此，自螢光體層30之上表面向外部放射之光之亮度提高。
進而，複數個凸部具有第1凸部、及高度低於第1凸部之第2凸部。高度相對較低之第2凸部填埋高度相對較高之第1凸部之間之區域。因此，第1面15a上之凸部之密集度提昇，平坦部之面積相對減少，可提高光提取效率。又，藉由提高凹凸之密集度，第1側15a之表面積增加，光提取量增加。
於上述實施形態中，作為設於半導體層15之第1側15a之光學層，不限於螢光體層，亦可為散射層。散射層包含使發光層13之放射光散射之複數個粒子狀之散射材(例如鈦化合物)、及使複數個散射材一體化且使發光層13之放射光透過之結合材(例如樹脂層)。
雖對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態僅係作為例子而提示，並不意欲限定發明之範圍。該等新穎之實施形態可以其他各種形態實施，可於不脫離發明之主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變化包含於發明之範圍及主旨中，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
11‧‧‧第1半導體層
12‧‧‧第2半導體層
13‧‧‧發光層
15‧‧‧半導體層
15a‧‧‧第1側
15c‧‧‧側面
15e‧‧‧包含發光層之部分
15f‧‧‧不含發光層之部分
16‧‧‧p側電極
17‧‧‧n側電極
17c‧‧‧接觸部
18‧‧‧絕緣膜
19‧‧‧絕緣膜
21‧‧‧p側佈線層
21a‧‧‧通孔
22‧‧‧n側佈線層
22a‧‧‧通孔
23‧‧‧p側金屬柱
23a‧‧‧p側外部端子
24‧‧‧n側金屬柱
24a‧‧‧n側外部端子
25‧‧‧樹脂層
30‧‧‧螢光體層
31‧‧‧螢光體
32‧‧‧結合材
41‧‧‧p側佈線部
43‧‧‧n側佈線部
51‧‧‧反射膜
100‧‧‧支持體

Claims (12)

  1. 一種半導體發光裝置，其包括：半導體層，其包含：第1側、與上述第1側為相反側之第2側、及發光層；設於上述半導體層之第1電極，其設於上述第2側；設於上述半導體層之第2電極，其設於上述第2側；第1絕緣膜，其設於上述第2側；第1佈線部，其設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第1電極；第2佈線部，其設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第2電極；第2絕緣膜，其包含：設於上述第1佈線部與上述第2佈線部之間的第1部分、及設於上述半導體層之側面之外側的第2部分；光學層，其設於上述第1側及上述第2絕緣膜之上述第2部分上，且對上述發光層之放射光具有透過性；及反射膜，其介隔上述第1絕緣膜而設於上述半導體層之上述側面；於上述第1側設有複數個凸部與複數個凹部，全部上述凸部之頂部係：較上述第2絕緣膜之上述第2部分之上表面更接近上述第2側，並且介隔上述反射膜而與上述第2絕緣膜相鄰。
  2. 如請求項1之半導體發光裝置，其中全部上述凸部之上述頂部係相對於上述光學層之與上述第2絕緣膜之上述第2部分之上述上表面之面相對向之面，更接近上述第2側1μm以上。
  3. 如請求項1之半導體發光裝置，其中上述複數個凸部包括第1凸部、及高度低於上述第1凸部之第2凸部。
  4. 如請求項1之半導體發光裝置，其中上述第1側係以如下之方式彎曲：相較於上述第1側之外周部側，上述第1側之中心部側之區域向上述第2側凹陷。
  5. 一種半導體發光裝置，其包括：半導體層，其包含：第1側、與上述第1側為相反側之第2側及發光層；設於上述半導體層之第1電極，其設於上述第2側；設於上述半導體層之第2電極，其設於上述第2側；第1絕緣膜，其設於上述第2側；第1佈線部，其設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第1電極；第2佈線部，其設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第2電極；第2絕緣膜，其包含：設於上述第1佈線部與上述第2佈線部之間的第1部分、及設於上述半導體層之側面之外側的第2部分；光學層，其設於上述第1側，且對上述發光層之放射光具有透過性；及反射膜，其介隔上述第1絕緣膜而設於上述半導體層之上述側面；於上述第1側設有複數個凸部與複數個凹部，上述複數個凸部包括第1凸部及於與上述發光層垂直之方向上高度低於上述第1凸部之第2凸部；且全部上述凸部之頂部係：較上述第2絕緣膜之上述第2部分之上表面更接近上述第2側，並且介隔上述反射膜而與上述第2絕緣膜相鄰。
  6. 如請求項5之半導體發光裝置，其中上述第1凸部之高度為上述 第2凸部之高度之2倍以上。
  7. 一種半導體發光裝置，其包括：半導體層，其包含：第1側、與上述第1側為相反側之第2側及發光層；設於上述半導體層之第1電極，其設於上述第2側；設於上述半導體層之第2電極，其設於上述第2側；第1絕緣膜，其設於上述第2側；第1佈線部，其設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第1電極；第2佈線部，其設於上述第1絕緣膜上，且連接於上述第2電極；第2絕緣膜，其包含：設於上述第1佈線部與上述第2佈線部之間的第1部分、及設於上述半導體層之側面之外側的第2部分；光學層，其設於上述第1側，且對上述發光層之放射光具有透過性；及反射膜，其介隔上述第1絕緣膜而設於上述半導體層之上述側面；於上述第1側設有複數個凸部與複數個凹部，且全部上述凸部之頂部係：較上述第2絕緣膜之上述第2部分之上表面更接近上述第2側，並且介隔上述反射膜而與上述第2絕緣膜相鄰；上述第1側係以以如下之方式彎曲：相較於上述第1側之外周部側，上述第1側之中心部側之區域向上述第2側凹陷。
  8. 如請求項7之半導體發光裝置，其中上述第1側經粗面化。
  9. 如請求項1至8中任一項之半導體發光裝置，其中上述第1絕緣膜亦設於上述半導體層之接續上述第1側之上述側面。
  10. 如請求項9之半導體發光裝置，其中上述半導體層之上述側面相對於上述第1側及上述第2側傾斜。
  11. 如請求項1至8中任一項之半導體發光裝置，其中上述第1佈線部包含設於上述第1絕緣膜上之第1佈線層、及設於上述第1佈線層上且厚於上述第1佈線層之第1金屬柱；且上述第2佈線部包含設於上述第1絕緣膜上之第2佈線層、及設於上述第2佈線層上且厚於上述第2佈線層之第2金屬柱。
  12. 如請求項1至8中任一項之半導體發光裝置，其中上述光學層係螢光體層，其包含：複數個螢光體，其等藉由上述發光層之放射光而被激發，並放射波長與上述發光層之放射光不同之光；及結合材，其將上述複數個螢光體一體化，並使上述發光層之放射光及上述螢光體之放射光透過。
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